안료별 입도와 채색 두께에 따른 밑선 검출 효율을 확인하기 위해 근적외선 영역대(950∼1700 nm)의 단파적외선 초분광 카메라(FX17, Specim, FIN)를 사용하여 적외선 초분광 영상 이미지를 촬영하였다. 대상과의 거리는 40 cm로 고정하고 Push-broom으로 3 nm 간격의 밴드를 획득하였다. 촬영 시 외부광을 최대한 차단하고 할로겐 조명을 이용하였다. 촬영된 영상의 품질 및 정량화를 위해서는 분광반사율로 변환하는 보정이 필요하며, 99.9%의 반사율을 갖는 백색 기준판을 사용하여 보정하였다. 보정은 ENVI Classic 소프트웨어를 이용하여 방사보정과 암전류(dark current)보정을 수행하였다. 적외선 이미지의 검출 효율은 바탕과 밑선 영역의 명도차(ΔL*)로 나타내었으며, 숫자가 클수록 검출 효율이 우수함을 의미한다. 미국국립표준국(NBS) 색차 기준 표에 따라 ‘감지할 정도(Appreciable)’의 색차인 3 이상부터 밑선이 검출된 것으로 하였다. 또한 안료의 입도와 채색 두께 따른 반사율 특성을 비교하기 위해 ENVI Classic 소프트웨어의 Z profile 기능을 이용하여 각 시편의 분광반사율 스펙트럼을 추출하였다.

근적외선 영역대의 초분광 영상 이미지로 안료별 입도와 채색 두께에 따른 적외선 이미지를 비교 하였다(Table 6). 각 파장대역(950∼1700 nm)에서 100 nm파장 단위별 입도에 따른 검출 영향을 확인하였을 때, 안료의 종류에 따른 영향만 확인되었고, 검출 가능한 파장대역은 동일 안료일 때 입도가 변화하더라도 영향을 받지 않았다. 따라서 초분광 영상의 밑선 검출 이미지는 Kwon et al.(2024)의 연구를 참고하여 안료별 가장 검출 효율이 좋은 파장대역의 이미지를 사용하여 비교하였다.

진사는 가장 굵은 #5입도에서 300, 400, 500 μm 각 두께에서 모두 밑선이 검출되었다. 중간인 #9입도에서는 200, 300 μm 두께에서는 밑선이 검출되지만 400 μm 두께에서는 밑선이 검출되지 않았다. 가장 고운 #13입도에서는 100 μm 두께에서만 밑선이 검출되고, 200, 300 μm 두께에서는 밑선이 검출되지 않았다. 동일한 300 μm의 두께에서 #5, #9, #13의 입도에 따른 검출 여부를 확인하였을 때, 가장 굵은 #5입도에서는 선명하게 밑선이 확인되었고, #9입도에서는 희미하게 확인되었으며 #13입도에서는 밑선을 확인하기 어려웠다. 따라서 동일한 채색 두께에서는 입도가 굵을수록 검출능이 우수한 것으로 확인되었다. 석황은 #5입도에서 300, 400 μm 두께에서 밑선이 검출되었으며, 500 μm 두께에서는 검출되지 않았다. #9입도에서는 최소 은폐 두께인 200 μm 두께에서만 밑선이 검출되고 300, 400 μm 두께에서는 검출되지 않았다. #13입도에서 100, 200 μm에서는 밑선이 검출되고 300 μm 두께에서는 검출되지 않았다. 동일한 300 μm의 두께에서 #5, #9, #13의 입도에 따른 검출 여부를 확인하였을 때, 진사와 마찬가지로 입도가 굵을수록 검출능이 우수한 경향성이 확인되었다. 석청은 #5입도에서 300, 400, 500 μm 각 두께에서 모두 밑선이 검출되었다. #9입도에서도 200, 300, 400 μm 두께에서 모두 밑선이 검출되었다. #13입도에서는 100, 200, 300 μm 두께에서 모두 밑선이 검출되었다. 동일한 300 μm의 두께에서 #5, #9, #13의 입도에 따른 검출 여부를 확인하였을 때, 진사, 석황의 결과와 마찬가지로 입도가 굵을수록 검출능이 우수한 경향성이 확인되었다. 연단, 연백은 100, 150, 200 μm 모든 두께에서 밑선이 검출되지 않았다. 검출 결과를 종합하였을 때 입도별 채색 두께가 두꺼워질수록 밑선이 검출되지 않는 한계 두께²⁾가 각각 다르게 확인되었다. 진사#5는 500 μm까지 모두 밑선이 검출되어 본 연구에서는 한계 두께를 확인할 수 없었으며, #9은 400 μm 이상에서, #13은 200 μm 이상의 두께는 밑선을 검출하기 어려웠다. 석황#5는 500 μm 이상에서, #9는 300 μm 이상에서 #13은 300 μm 이상의 두께는 밑선을 검출하기 어려웠다. 석청 #5와 #9 #13은 채색 단계별 두께에서 모두 밑선이 검출되어 본 연구에서는 한계 두께를 확인하기 어려웠다. 입도가 동일하더라도 안료 종류에 따라 검출의 한계 두께에 차이가 있었다. 연단과 연백은 모든 채색 두께에서 밑선이 확인되지 않았다.

밑선의 검출 효율은 바탕 영역과 밑선 영역의 대비가 클수록 선이 명확하게 인식되어 검출 효율이 우수하다. 따라서 입도별 채색된 두께에 따른 검출 효율은 명도차(ΔL*)로 나타내었다(Table 7).

채색 두께 범위 1∼3단계³⁾에서 각 단계별로 입도에 따른 검출 효율을 확인하였을 때, 입도가 동일할 때 최소 은폐력을 가지는 채색 두께(#5입도는 300 μm, #9입도는 200 μm, #13입도는 100 μm)에서 입자가 굵은 안료 일수록 검출 효율이 우수한 경향성을 확인하였다. 최소 은폐력을 가지는 채색 두께는 #5 입도가 300 μm으로 가장 두껍지만 검출 효율이 가장 우수한 것을 보아 채색된 두께보다는 입도가 검출 효율에 더 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 또한 같은 안료에서 동일한 300 μm 두께 일 때 #5, #9, #13입도 간 검출 효율을 비교하였을 때도 입자가 굵을수록 검출 효율이 우수함을 알 수 있었다. 이에 밑선 검출 효율은 같은 성분의 안료에서도 단순한 채색 두께보다는 입도에 더 영향을 받는 사실을 확인하였다.

안료의 입도와 채색 두께 따른 반사율 특성을 비교하기 위해 각 시편의 입도와 채색 두께별 분광 반사율 스펙트럼을 확인하였다(Figure 1). 동일 안료에서 입도 별 반사율 스펙트럼의 형태는 유사하나, 입도가 작을수록 반사율이 높아지는 양상이 모든 안료에서 동일하게 나타났다. 이는 안료의 입도 변화에 따른 채색층 표면의 거칠기에 영향을 미친 결과로 보인다. Go et al.(2015)의 연구에서 국내⋅외 시판안료들은 공통적으로 평균 입자크기가 작아질수록 입도 분포 범위가 넓어지는, 즉 불균질한 입도 크기를 가지는 경향을 나타낸다고 밝히고 있다. 이는 앞선 시편의 입도분석 결과와도 일치한다. 안료는 미세한 입자일수록 입도를 분리하는 수비과정에서 일정 크기의 안료로 분리하는 것이 어렵다. 입도 분포가 넓어지면 불균질한 입자들 사이의 공극률이 낮아져 채색층이 곱고 촘촘해진다. 이처럼 입도는 채색층 표면의 거칠기와 관련이 있으며, 표면의 광택 등 질감 특성에 영향을 미치게 된다. 또한 Choi et al.(2018)의 연구에 따르면 적외선의 반사율은 측정 대상 표면이 경면에 가까울수록 그리고 색이 흰색에 가까울수록 향상된다고 밝히고 있다. 본 연구에서 안료의 입도에 의한 반사율 상승은 입도가 작을수록 표면이 촘촘하고 매끄러워져 나타나는 현상으로 해석된다. 그리고 동일한 안료와 입도에서 채색 두께별로 반사율 스펙트럼 차이는 미미한 수준이다(Figure 1). 안료의 입도 차이가 밑선 검출 효율에 미치는 영향은 입도에 따른 채색층의 표면 치밀도의 변화에서 발생하며, 이는 적외선의 반사와 산란 정도의 차이에 기인하는 것으로 보인다. 앞서 채색 시편 두께 선정 과정에서 동일한 안료라도 입도에 따라 95%의 은폐율을 얻기 위한 채색 두께가 크게 달랐던 것과 같은 원리로 판단된다.